Introducción
El lavado es un proceso mediante el cual se elimina material perjudicial (como arcilla, polvo, revestimientos y vegetación liviana) del material de alimentación como roca, grava o menas a fin de cumplir con diversas especificaciones. Existen muchos tipos distintos de equipos para lavar arena hasta lograr un producto acabado, como máquinas por separado y plantas de lavado de arena enteras.
La determinación del costo de una planta de lavado depende mayormente de cuáles son las necesidades de procesamiento de material del sitio. El precio de los equipos puede variar de unos pocos miles de dólares hasta varios millones en el caso de sistemas integrales.
Tipos de equipos de lavado
Las plantas de lavado pueden abarcar desde simples lavadores de tornillo sin fin para material fino que lavan, clasifican y desaguan la arena según las especificaciones del producto hasta sistemas de procesamiento completos que incluyen numerosos equipos para llevar a cabo diversas tareas.
Entre las tareas de las plantas de lavado, se incluyen:
- Preparación de la alimentación: preparar el material de alimentación bruto para su procesamiento mediante la descomposición y la eliminación de arcillas y contaminantes de la superficie
- Calibrado: zarandear el material de alimentación bruto para rechazar los residuos o el material demasiado grande a fin de seguir procesándolo
- Bombeo: trasladar el material de pulpa de un proceso al siguiente
- Deslamado: eliminar el material ultrafino liberado antes de la clasificación
- Clasificación en húmedo: separar las partículas según el tamaño o la gravedad específica
- Eliminación de restos orgánicos: clasificar el material según la gravedad específica a fin de eliminar el material orgánico como el lignito
- Densificación y desaguado: concentrar una pulpa hasta alcanzar una densidad específica para cargar en los equipos aguas abajo y eliminar la humedad de un producto para mejorar el acopio y acelerar la venta
- Tratamiento de efluentes: recuperar el líquido del proceso del flujo de residuos para reutilizarlo en la planta de procesamiento en húmedo
- Gestión de residuos sólidos: separar los líquidos de los sólidos en un flujo de residuos, para que los líquidos puedan reutilizarse en la planta de procesamiento y los sólidos restantes puedan apilarse, a fin de reducir o eliminar las piscinas de decantación
- O bien, una combinación de algunos o todos los procesos anteriores
Para la preparación de la alimentación
Los tipos de equipos a continuación se utilizan generalmente en la etapa de preparación de la alimentación, que es el proceso de eliminar los contaminantes antes de la clasificación:
Celdas de atrición | $$
Las celdas de atrición depuran la superficie de las partículas para liberar y descomponer arcillas, óxidos, sustancias químicas y otros contaminantes a fin de mejorar la durabilidad y la turbidez de la arena. Aceptan un tamaño máximo de ½” (12 mm) y pueden procesar arcillas de gran plasticidad.
Las celdas de atrición se utilizan a menudo en la etapa de preparación de la alimentación si se procesan varios productos. Estos equipos pueden encontrarse en cualquier etapa del procesamiento en húmedo para depurar el material a fin de mejorar el producto final.
Molinos de paletas | $$
Los molinos de paletas están diseñados para liberar suciedad o arcilla ligera o limosa de la roca gruesa o de la arena antes de continuar el procesamiento. Los molinos de paletas pueden colocarse delante de una zaranda de lavado para obtener roca o mena más limpia, o delante de un tanque de clasificación de arena o de un lavador de tornillo sin fin para material fino en el caso de aplicaciones de arena fina.
Los molinos de paletas no están diseñados para eliminar arcilla plástica dura o altos porcentajes de arcilla. Por lo general, funcionan en combinación con otros tipos de equipos de procesamiento, como un tanque de clasificación de arena o una zaranda de lavado.
Lavadores de tornillo sin fin para material grueso | $ - $$
Los lavadores de tornillo sin fin para material grueso están diseñados para lavar piedra chancada y grava con un tamaño que varía de 3/8” a 4” (de 9,5 mm a 102 mm). Eliminan con eficacia arcillas livianas y limosas, suciedad, polvo del chancador y revestimientos que no se pueden eliminar únicamente por medio del zarandeo en húmedo.
También se pueden utilizar para quitar la vegetación flotante y los áridos blandos, aunque es posible que no se elimine por completo toda la vegetación y los palos impregnados de agua. Los lavadores de tornillo sin fin para material grueso no están diseñados para eliminar arcilla plástica dura.
Lavadores de paletas | $$
Los lavadores de paletas eliminan la arcilla plástica dura de grava natural y chancada, piedra chancada y menas. Los lavadores de paletas deben tener un tamaño máximo controlado, y las máquinas más grandes pueden aceptar material de alimentación cúbico de hasta 6” (152 mm).
Se recomienda eliminar la fracción del tamaño de la arena antes de pasar al lavador de paletas, ya que un material más fino tiende a amortiguar la acción del lavado. Esta fracción de arena solo debe cargar en el lavador de paletas en caso de que se necesite un lavado intensivo de finos.
Cuando se procesan finos, es necesario capturar el desagüe de la unidad para guardar esta fracción y procesarla posteriormente, o cerrar la abertura de desagüe para transportar el material a lo largo de toda la caja y depurar los finos.
Tambores lavadores rotatorios | $$$ - $$$$
Los tambores lavadores rotatorios están diseñados principalmente para eliminar marga y arcillas ligeras y materiales de desecho suaves y solubles presentes en áridos, piedras y menas. No están diseñados para utilizarse en aplicaciones donde las arcillas plásticas duras contaminan el material que debe limpiarse.
Cuando estas arcillas duras se introducen en un tambor lavador, es posible que las partículas de arcilla tiendan a granularse por la caída del material y, en lugar de romperse, incluso pueden agrandarse.
Los tambores lavadores rotatorios pueden aceptar material de alimentación de gran tamaño, hasta 10-12” (254-301 mm), y a veces se utilizan como lavadores primarios antes de efectuar el chancado o el zarandeo.
Para el calibrado
Se emplean zarandas vibratorias ($ - $$) para separar el material según el tamaño. Estas pueden ser horizontales o inclinadas con distintas cantidades de plataformas de zarandas según la aplicación. En una planta de lavado, las zarandas vibratorias se emplean para zarandear el material de alimentación bruto en fracciones adecuadas para el procesamiento aguas abajo.
Para el bombeo
Las bombas para pulpa ($ - $$) se utilizan para trasladar el material en forma de pulpa de un proceso al siguiente. Las plantas alimentadas por acción de la gravedad pueden ser una alternativa, pero las bombas para pulpa son capaces de capturar todos los materiales aptos para la venta que pueden perderse y desperdiciarse en las operaciones de alimentación por gravedad.
Para el deslamado
Los hidrociclones ($) son el método preferido para eliminar el material ultrafino antes del proceso de clasificación debido a su gran fuerza de corte y eficiencia. La incorporación de uno o más hidrociclones antes de un tanque de clasificación de arena o lavador de tornillo sin fin cuando se procesa material de alimentación con alto contenido de finos puede mejorar el rendimiento de estas máquinas.
Para la clasificación en húmedo
La clasificación en húmedo es el proceso de separar las partículas según el tamaño o la gravedad específica. Los siguientes tipos de equipos se emplean a menudo para clasificar la arena:
Tanques de clasificación de arena | $$
Los tanques de clasificación de arena se utilizan para eliminar el exceso de agua presente en una alimentación de pulpa diluida, clasificar el material mediante la eliminación de un exceso de tamaños de tamiz intermedios, retener los tamaños de malla más finos y obtener múltiples productos a partir de un solo material de alimentación.
Los tanques de arena pueden funcionar con alimentación de pulpa o seca. Soportan oscilaciones de gradación en la planta promedio, al tiempo que minimizan los desechos. La descarga de un tanque de arena debe continuar procesándose en un lavador de tornillo sin fin para material fino o en una zaranda desaguadora.
Se puede instalar un clasificador de corriente ascendente opcional en las primeras dos o tres estaciones de un tanque de arena. La clasificación por corriente ascendente mejora la clasificación de la arena al inyectar agua dulce cerca de la entrada de alimentación de pulpa para impedir la decantación de la arena fina hasta más adelante en los tanques de arena. Esto aumenta la producción de arena cuando se vuelve a mezclar la arena fina, intermedia y gruesa para cumplir con las especificaciones de la arena apta para construcción.
Lavadores de tornillo sin fin para material fino | $ - $$
Los lavadores de tornillo sin fin para material fino se utilizan principalmente para desaguar, clasificar y lavar arena o materiales finos con un tamaño inferior a 3/8” (9,5 mm). Estas máquinas están diseñadas para aceptar material de alimentación de una cinta transportadora o pulpas provenientes de zarandas vibratorias para lavado, tanques de arena, Hydrosizers™, hidrociclones u otros lavadores de tornillo sin fin para material fino.
La arena con el tamaño adecuado de producto se hunde hasta el fondo de la caja de lavado del lavador de tornillo sin fin para material fino y luego sube por la pendiente hacia la descarga, mientras que las partículas finas flotan y salen por los vertederos junto con el líquido de desagüe.
Hydrosizers™ | $$
Los Hydrosizers™ se utilizan para hacer cortes sumamente precisos con un tamaño de malla de entre 150 y 30 empleando el principio de decantación dificultosa. Estos dispositivos aceptan material de alimentación con un tamaño de hasta ¼” (6 mm) y soportan fluctuaciones amplias de la velocidad de alimentación de sólidos sin que eso afecte su rendimiento.
Los Hydrosizers™ ofrecen la mayor eficiencia de todos los equipos de gravedad en húmedo con una huella más pequeña y, por lo general, se utilizan para crear arenas especializadas como las arenas para vidrio, fractura, filtros, deportes y fundición.
Hidrociclones | $
Los hidrociclones pueden emplearse en diversas partes de una planta de lavado. Pueden utilizarse para deslamar, como se mencionó anteriormente, pero estos equipos (y su variante llamada Separator™) también pueden usarse para clasificar tamaños de malla de 140 y más finos.
En las aplicación es de recuperación de finos, los hidrociclones pueden capturar material típico de 2,7 de gravedad específica con un tamaño de malla de hasta 400.
Los hidrociclones no tienen piezas móviles, por lo que generalmente necesitan una bomba para poder funcionar, lo que implica un costo adicional que se debe tener en cuenta.
Para la eliminación de restos orgánicos
Para clasificar material según su gravedad específica, tal como se necesita para eliminar restos orgánicos como el lignito, se puede usar un Hydrosizer™ o un clasificador de fondo plano Lites-Out™ ($$) a fin de eliminar estos materiales de un flujo de arena con un tamaño de malla <4.
De manera similar a los Hydrosizers™, los clasificadores de fondo plano emplean el principio de decantación dificultosa y un lecho de flujo oscilante o lecho fluidizado denso de arena de casi el mismo tamaño para hacer flotar los materiales livianos (como el lignito) y permitir que las fracciones más pesadas pasen a través del lecho para su descarga.
Para la densificación y el desaguado
Cuando es necesario concentrar pulpas diluidas antes de cargarlas en equipos como Hydrosizers™ o celdas de atrición, a menudo se utilizan Separators™.
Los Separators™ son hidrociclones modificados que ofrecen la capacidad de controlar la densidad de la descarga del caudal inferior. De esta manera, pueden proporcionar una pulpa más densa según sea necesario, ya sea antes de los equipos de procesamiento aguas abajo o directamente para el acopio.
A fin de eliminar la humedad de un producto final, puede utilizarse un lavador de tornillo sin fin para material fino, un Separator™ o una zaranda desaguadora ($). Los lavadores de tornillo sin fin para material fino desaguan el material a medida que este sube por la pendiente por acción de los ejes de tornillo rotatorios que se encuentran dentro de la máquina. Mediante un tornillo sin fin para arena, el material generalmente se descarga con aproximadamente un 20 % de humedad.
Los Separators™ se inventaron para controlar la densidad del caudal inferior cuando se acopia un producto final. La incorporación de un regulador de caudal inferior, una tubería de desagüe y una válvula de sifón a un hidrociclón típico permite ajustar la densidad, lo que evita la llegada de un producto de baja densidad que pueda dañar el acopio.
Las zarandas desaguadoras ofrecen la máxima eliminación de humedad, ya que descargan productos con apenas un 7 % de humedad. Estos dispositivos se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones para obtener un producto sin goteo que pueda apilarse y transportarse a fin de mejorar la gestión y la limpieza del acopio.
Si se agrega una barra rociadora a una zaranda desaguadora para lavar y quitar el exceso de finos, eso también ayuda a mejorar la equivalencia de arena del producto final.
Para el tratamiento de efluentes
Aunque no forman parte necesariamente del proceso de lavado, los espesadores ($$$ - $$$$) se emplean para recuperar de inmediato el agua de proceso reutilizable (hasta un 85 %) para la planta de procesamiento en húmedo. Dado que el agua es un recurso valioso, además de una parte importante del procesamiento en húmedo, recuperar tanta como sea posible para reutilizarla ayuda a mejorar la sostenibilidad del sitio, reduce el costo de comprar agua y disminuye la cantidad de material que fluye a la piscina de decantación.
Para la gestión de residuos sólidos
Un proceso de lavado inevitablemente incluye un flujo de residuos que contiene el agua y el material perjudicial liberado. Puede utilizarse una planta de recuperación de finos UltraFINES ($$) que contiene un hidrociclón y una zaranda desaguadora para capturar partículas finas presentes en el flujo de residuos a fin de reducir la carga de los equipos aguas abajo o la cantidad de material que fluye a la piscina de decantación, además de elaborar un posible producto apto para la venta a partir del material recuperado.
Puede emplearse un espesador para recuperar hasta el 85 % del agua del flujo de residuos para su reutilización, mientras que un filtro de prensa ($$$ - $$$$) puede separar los sólidos del líquido en la pulpa restante, lo que suministra agua de proceso adicional y permite obtener un producto apilable, transportable y posiblemente apto para la venta a partir de los sólidos que, por lo general, se desperdiciaría.
Entonces, ¿cuánto cuesta una planta de lavado?
El costo de una planta de lavado depende en gran medida del material que procesará y de sus metas de producción. El material que se procesará y la capacidad requerida determinan el tamaño y, por lo tanto, la inversión necesaria para adquirir los equipos (los equipos más grandes y con mayor capacidad cuestan más), además de cuántos equipos harán falta.
Por ejemplo, un material extremadamente sucio puede requerir varios de los mismos equipos en serie para lograr el producto final de la calidad deseada, mientras que para alcanzar una capacidad altísima, puede hacer falta más de un equipo idéntico a fin de cumplir con las metas de producción.
También necesita tener en cuenta las restricciones o la sostenibilidad del sitio para el diseño de la planta de lavado, lo que afectará los costos iniciales.
Por ejemplo, si vive en una zona donde el agua es escasa o costosa, tal vez le convenga invertir en un espesador o filtro de prensa para recuperar el agua y reutilizarla en la planta. Esto podría requerir una mayor inversión inicial, pero también le permitirá obtener un mayor retorno de la inversión general.
Si tiene un sitio de huella pequeña o ya no quiere gastar miles de dólares en limpiar una piscina de decantación solo para volver a llenarla, tal vez le convenga considerar la incorporación de equipos como una planta de recuperación de ultrafinos, un espesador o un filtro de prensa, o una combinación de estos tres, a su planta de lavado. Cada uno de estos equipos ayuda a disminuir la cantidad de sólidos que terminan como residuos, lo que reduce el tamaño de la piscina de decantación y, en algunos casos, la necesidad de contar con una.
Si se agregan equipos para la gestión de residuos, aumentará el gasto de capital de la planta de lavado, pero los beneficios a largo plazo en términos de mantenimiento y limpieza pueden significar un ahorro de dinero más adelante e incluso pueden generar un producto apto para la venta.
Además, es posible que le convenga invertir en un sistema de muestreo mecánico. Los sistemas de muestreo mecánicos se utilizan para recoger un producto final de una cinta transportadora o de un flujo de producto sin tener que detener el flujo de material. Aunque no forman parte del proceso de lavado en sí, estos sistemas de muestreo automáticos ($ - $$$$) son una opción excelente para garantizar que los productos finales cumplan con las especificaciones.
Cuantos más equipos y características agregue a su planta de lavado, mayor será la inversión. Por eso, es importante probar el material antes de llegar a una solución. La mejor planta de lavado le permitirá obtener un producto limpio, según las especificaciones, a la capacidad que desea y con el mayor retorno de la inversión.
Por último, también es posible que le convenga tener en cuenta los costos de equipos auxiliares, como estructuras de apoyo y sistemas de transporte/apilamiento, que generalmente no se incluyen en el costo de la planta. Las plantas fijas que requieren una gran estructura de apoyo suelen ser más costosas que una planta modular prediseñada.
Sin embargo, las plantas fijas, modulares y portátiles no siempre son intercambiables para todos los sitios. Las plantas modulares y portátiles tienen limitaciones de rendimiento, de modo que una planta fija puede ser la mejor decisión en términos financieros para un sitio donde se necesita procesar un gran volumen.
A la inversa, una planta fija tal vez no tenga sentido en un emplazamiento con varias ubicaciones o en un sitio con reservas de poca duración donde el retorno de la inversión se obtendrá antes con una planta modular o portátil. En situaciones como estas, es importante conocer el sitio y sus objetivos.
Con respecto a la manipulación del material, saber cuántos productos o flujos de material necesita trasladar a un acopio o a otra parte del proceso, además de qué tan lejos necesita trasladarlos, lo ayudará a determinar cuántas tuberías o cintas transportadoras harán falta y qué longitud deberán tener.
Si bien el costo de capital es lo primero que viene a la mente cuando se consideran los equipos de lavado, a la hora de comprar una planta de lavado, también debe tenerse en cuenta el ahorro de costos a largo plazo debido al menor mantenimiento, la mejor sostenibilidad del sitio y los posibles productos aptos para la venta adicionales.
